Мультивибраторы

Мультивибратор - релаксационный генератор, представляющий собой двухэлементный усилитель с ёмкостной связью, выход которого соединен с входом. При этом образуется замкнутая цепь с положительной обратной связью.

Различают два вида мультивибраторов: автоколебательные (не обладающие состоянием устойчивого равновесия) и ждущие (обладающие состоянием устойчивого равновесия, при выходе из которого сначала переходят в другое устойчивое состояние, а затем самопроизвольно возвращаются в первоначальное состояние).

Колебательный процесс в автоколебательном мультивибраторе происходит вследствие поочередного накопления энергии в соответствующих конденсаторах от источника питания и в последующей их разрядке через цепи транзисторов.

Пусть симметричный автоколебательный транзисторный мультивибратор собран из сходных элементов: транзисторов VТ1 и VТ2. резисторов с сопротивлениями R_К1 = R_К2 = R_К, R_Б1 = R_Б2 = R_Б и конденсаторов с ёмкостями С₁=С₂=С; R_К << R_Б (рис. 4.15, а).

Так же, как и в триггере, транзисторы в мультивибраторе работают в ключевом режиме. Мультивибратор имеет два состояния квазиравновесия: в одном их них транзистор VT1 открыт током базы і_Б = і_RБ + i _{С 1} и находится в состоянии насыщения, а транзистор VT2 закрыт (находится в состоянии отсечки). Каждое из этих состояний квазиравновесия неустойчиво, так как отрицательный потенциал на базе закрытого транзистора VT1 по мере зарядки конденсатора С₂ стремится к положительному потенциалу источника питания U_п (зарядка конденсатора C₁ идет быстрее, чем разрядка конденсатора С₂).

В тот момент, когда этот потенциал станет положительным, состояние квазиравновесия нарушится, закрытый транзистор откроется, открытый закрывается, и мультивибратор переходит в новое состояние квазиравновесия. На выходе формируются почти прямоугольные импульсы u_вых при скважности N ≈2 (рис. 4.15,б).

Период колебаний симметричного мультивибратора

В несимметричном мультивибраторе длительность импульса t_и напряжения u_вых не равна длительности паузы t_п.

Мультивибратор, как и другие генераторы с формой напряжения, отличной от синусоидальной, можно собрать на операционном усилителе. В ОУ благодаря большому коэффициенту усиления (К_и = 10⁵... 10⁶) выходное напряжение пропорционально входному только при очень малых входных сигналах (единицы милли- и микровольт). При больших сигналах на входе напряжение u_вых может иметь два значения + U_вых и - U_вых (рис. 4.16, а).

Значения u_вх, при которых разность u_вх – u_ос =0 (u_ос - напряжение обратной связи),

равны где - коэффициент обратной связи (рис. 4.16, 6, в).

В схеме автоколебательного мультивибратора (рис. 4.16.б) возникает режим самовозбуждения за счет второй обратной связи через R₃ С-звено.

Предположим, что в момент t₁. (рис. 4.16, в) напряжение u_вых изменилось скачком с - U_вых до + U_вых Конденсатор С начинает перезаряжаться током, протекающим через резистор R₃ под действием + U_вых, причем напряжение на конденсаторе u_С изменяется по экспоненте, стремясь к + U_вых Напряжение u_С есть входное напряжение u_вх инвертирующего усилителя, и когда в момент t₂. оно достигнет значения U₂, выходное напряжение ОУскачком изменится с + U_вых на - U_вых. Конденсатор начинает перезаряжаться, стремясь к - U_вых, но, достигнув значения U₁ к t₃ моменту оно заставляет ОУ инвертировать выходное напряжение на + U_вых. Далее процесс будет повторяться.

Генераторы, основанные на рассмотренном принципе, называют релаксационными. Период колебаний такого мультивибратора

причем t₁ = t₂. Такой вид колебаний называют меандром.